基于信號峰脊陡變調(diào)制的雷達(dá)測距算法

石鑫　周勇　胡光波

摘 要：通過雷達(dá)準(zhǔn)確測距，控制飛機對目標(biāo)的攻擊距離。傳統(tǒng)的雷達(dá)測距算法受到目標(biāo)回波信號的峰脊陡變效應(yīng)的影響，測距精度不準(zhǔn)確。提出一種基于雷達(dá)目標(biāo)回波信號峰脊陡變調(diào)制的雷達(dá)測距算法。構(gòu)建雷達(dá)目標(biāo)回波信號模型，設(shè)計自適應(yīng)濾波器，進(jìn)行雷達(dá)信號的噪聲干擾抑制，求得峰脊陡變信息分量回波相對于發(fā)射信號的時延，采用幅度調(diào)制方法，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)實時準(zhǔn)確地估計目標(biāo)的運動狀態(tài)，實現(xiàn)峰脊陡變調(diào)制，得到了最優(yōu)無偏的測距全局估計結(jié)果。仿真結(jié)果表明，該算法具有較高的雷達(dá)測距精度，誤差較傳統(tǒng)方法減少，在雷達(dá)目標(biāo)檢測和識別等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用性能，對提高空中打擊的精度具有重要意義。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)；測距；信號處理；峰脊陡變

中圖分類號：TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）04-00-03

0 引 言

雷達(dá)技術(shù)在目標(biāo)搜索、敵我識別、多目標(biāo)跟蹤等軍事方面得到各國的廣泛應(yīng)用。隨著精確制導(dǎo)武器的發(fā)展，以及飛機空中打擊的準(zhǔn)確性需求，對雷達(dá)信號處理技術(shù)的研究受到人們的關(guān)注。雷達(dá)測距是雷達(dá)信號處理的一個重要分支，它主要利用微波波段電磁波對目標(biāo)進(jìn)行探測的電子設(shè)備，通過雷達(dá)測距技術(shù)的應(yīng)用，提高對攻擊目標(biāo)的距離分辨能力，對提高空中打擊的精度具有重要意義。研究準(zhǔn)確的雷達(dá)測距技術(shù)受到雷達(dá)信號處理領(lǐng)域?qū)＜业闹匾暋?/p>

傳統(tǒng)的雷達(dá)測距算法主要有寬帶線性調(diào)頻信號采用匹配濾波方法和智能仿群算法等[1]，其中，文獻(xiàn)[2]提出一種基于PSO的分布式傳感器節(jié)點迭代定位測距算法，在實現(xiàn)雷達(dá)信號檢測和定位識別中具有一定的應(yīng)用價值，但算法復(fù)雜，對目標(biāo)的實時跟蹤不好。文獻(xiàn)[3]提出基于蝙蝠聲波信號處理的測距算法應(yīng)用到雷達(dá)測距系統(tǒng)當(dāng)中，提高了雷達(dá)信號分辨能力，但算法在低比特通信帶寬下的測距效果不好。傳統(tǒng)的雷達(dá)測算法受到目標(biāo)回波信號的峰脊陡變效應(yīng)的影響，測距精度不準(zhǔn)確[4，5]。針對上述問題，提出一種基于雷達(dá)目標(biāo)回波信號峰脊陡變調(diào)制的雷達(dá)測距算法。通過系統(tǒng)設(shè)計和算法改進(jìn)，提高了測距性能，仿真實驗驗證了此算法在實現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)測距和距離參數(shù)估計等方法優(yōu)越的應(yīng)用性能。

1 雷達(dá)目標(biāo)回波信號模型及預(yù)處理

1.1 雷達(dá)目標(biāo)回波信號模型構(gòu)建

圖1中，假設(shè)輸入為單頻信號cos 2πf0t，其中f0為信號頻率，基于信息分配原則，并采用方差上界技術(shù)對濾波過程進(jìn)行高維狀態(tài)空間重構(gòu)，實現(xiàn)信號濾波和噪聲抑制，提高測距精度，但是綜合分析上述信號模型構(gòu)建可知，傳統(tǒng)的測距算法受到目標(biāo)回波信號的峰脊陡變效應(yīng)的影響，測距精度不準(zhǔn)確。因此本文進(jìn)行算法改進(jìn)設(shè)計。

2 信號峰脊陡變調(diào)制及測距算法實現(xiàn)

3 仿真實驗

為了測試本文算法在實現(xiàn)雷達(dá)測距中的性能，進(jìn)行仿真實驗，設(shè)定雷達(dá)目標(biāo)信號的垂直線列陣的基元間距為1 m；通信距離為3 km，碼元寬度為0.4ms。首先進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)回波信號采集和噪聲濾波處理，采用BPSK調(diào)制，仿真得到連續(xù)5個1s時間點對應(yīng)的雷達(dá)目標(biāo)回波通信信道，其中雷達(dá)目標(biāo)回波信號多徑擴展時間最大值可達(dá)到170 ms，所有主路徑均出現(xiàn)在前100 ms時間內(nèi)，接收信號時間擴展產(chǎn)生沖激響應(yīng)陡變效應(yīng)，各雷達(dá)回波信號接收陣元的沖擊響應(yīng)特征波形如圖5所示。

以上述目標(biāo)回波信號為樣本，進(jìn)行雷達(dá)測距仿真實驗，為對比算法性能，采用文獻(xiàn)[3]中的測距算法和本文算法進(jìn)行對比，得到在不同信噪比下采用10 000次蒙特卡羅實驗得到的雷達(dá)測距結(jié)果如圖3所示。從圖3可見，采用本文算法，具有較高的雷達(dá)測距精度，距離估計誤差比傳統(tǒng)方法減少12%，具有更好的檢測和距離估計性能。

4 結(jié) 語

本文提出一種基于雷達(dá)目標(biāo)回波信號峰脊陡變調(diào)制的雷達(dá)測距算法。首先進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)回波信號模型構(gòu)建，設(shè)計自適應(yīng)濾波器，進(jìn)行雷達(dá)信號的噪聲干擾抑制，求得峰脊陡變信息分量回波相對于發(fā)射信號的時延，采用幅度調(diào)制方法，實現(xiàn)峰脊陡變調(diào)制，最后得到了最優(yōu)無偏的測距全局估計結(jié)果，仿真結(jié)果表明，本文算法具有較高的雷達(dá)測距精度，在雷達(dá)目標(biāo)檢測和識別等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用性能。

參考文獻(xiàn)

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